Kvantová fyzika
úloha 1
(a) Které experimenty svědčí o tom, že elektromagnetické záření má
charakter proudu světelných kvant?
(b) Které experimenty svědčí o tom, že elektromagnetické záření má
charakter vlnění?
úloha 2
Mikrovlnná trouba i lékařský rentgen vytvářejí elektromagnetické vlny.
Které z nich mají větší
(a) vlnovou délku,
(b) frekvenci,
(c) energii fotonů?
úloha 3
(a) Vysvětlete rozdíl mezi vnitřním a vnějším fotoelektrickým jevem. Uveďte
několik konkrétních příkladů, kde se s ním můžeme setkat.
(b) Vysvětlete princip fotosyntézy z energetického hlediska.
(c) Vysvětlete, proč UV záření člověku škodí, zatímco viditelné světlo ne.
(d) Napište Einsteinovu pro fotoelektrický jev a vysvětlete význam jednotlivých
členů.
(e) Popište způsob, jak změřit hodnotu Planckovy konstanty.
úloha 4
Kovová destička je osvětlena elektromagnetickým zářením. Co rozhoduje
o tom, jestli dojde k fotoemisi elektronů?
(a) Druh kovu, ze kterého je destička vyrobena,
(b) plocha destičky,
(c) intenzita dopadajícího záření,
(d) délka osvětlení,
(e) frekvence dopadajícího záření,
úloha 5
Záření dopadá na fotografický film. Jednotlivý foton se zaznamená, pokud
má energii alespoň 0,6eV, aby disocioval molekulu AgBr ve filmu. Jaká
největší vlnová délka světla může být filmem zaznamenána?
[l=2070nm]
úloha 6
Ultrafialová výbojka vyzařuje světlo o vlnové délce 400nm. Infračervená
lampa vyzařuje světlo o vlnové délce 700nm. Výkon obou lamp je 400W.
Která lampa emituje víc fotonů? Vypočtěte četnost fotonů za sekundu.
[1,4.1021
fotonů za sekundu]
úloha 7
Hledáte vhodný materiál pro fotočlánek, který bude pracovat na principu
vnitřního fotoelektrického jevu s viditelným světlem. Které materiály budou
vyhovovat? Výstupní práce je uvedena v závorce. (a) tantal (4,7eV),
(b) Hliník (4,2eV), (c) lithium (2,3eV).
úloha 8
Ultrafialové záření o vlnové délce 200nm dopadá na povrch hliníku (výstupní
práce 4,2eV). Jaká je největší rychlost elektronů, které opouštějí kov?
úloha 9
(a) Jakým experimentem dokážeme, že i hmotné částice se chovají jako
vlny?
(b) Proč nepozorujeme kvantové efekty pro makroskopické objekty?
(c) Elektron a proton mají stejnou rychlost. Který z nich má větší de Broglieho
vlnovou délku? Který se chová víc "kvantově"?
úloha 10
Vypočtěte de Broglieho vlnovou délku elektronu o energii 120 eV. Jak to
souvisí s rozlišovací schopností rastrovacího elektronového mikroskopu?
Proč nemůže mít optický mikroskop takové rozlišení?
[112pm]
úloha 11
Projektil o hmotnosti 25g letí rychlostí 800m.s-1
. Jakou vlnovou délku
můžeme projektilu přiřadit? Proč se nám nepodaří změřit jeho vlnovou
povahu?
[3,3.10-35
m]
úloha 12
Na příkladu elektronu v potenciálové jámě vysvětlete pojmy
(a) vlnová funkce a hustota pravděpodobnosti,
(b) kvantování energie a energetická hladina.
úloha 13
Obrázek zachycuje energiové hladiny a přechody elektronů v atomu
vodíku.
(a) Jaká je ionizační energie neutrálního vodíku?
(b) Kolik energiových hladin má atom vodíku?
(c) Podle čeho jsou přechody elektronů rozděleny do sérií?
(d) Jak se projeví přechod elektronu na vyšší / nižší hladinu?
(e) Jak se projeví přechod elektronu na vyšší / nižší hladinu?
(f) Ověřte, že platí En
=–13,6eV/n2
.
úloha 14
Pomocí předchozího obrázku určete
(a) největší vlnovou délku spektrální čáry Lymanovy serie,
(b) největší vlnovou délku spektrální čáry Balmerovy série,
(c) nejkratší vlnovou délku, kterou můžeme najít ve spektru vodíku.
[(a) 121nm, (b) 657nm, (c) 91nm]
úloha 15
Foton UV záření o vlnové délce 80nm byl pohlcen atomem vodíku v základním
stavu a způsobil jeho ionizaci. Jakou energii bude mít elektron po
opuštění atomu? Jakou bude mít rychlost?
[E=1,9eV, v=8.105
ms-1
]
úloha 16
(a) Jak si představujeme atom podle Bohrova modelu?
(b) Jak si představujeme atom podle kvantově mechanického modelu?
úloha 17
(a) Uveďte příklady využití kvantové fyziky v aplikacích.
(b) Uveďte některé filozofické důsledky kvanotvé fyziky.